第七章海流觀測

1、第七章第七章 海流觀測海流觀測主要內(nèi)容主要內(nèi)容海流概述海流概述觀測方法觀測方法海流計簡介海流計簡介海流觀測的持續(xù)時間選擇海流觀測的持續(xù)時間選擇影響海流觀測誤差分析影響海流觀測誤差分析直讀式海流計使用方法直讀式海流計使用方法海流觀測資料的整理與分海流觀測資料的整理與分析析1概述概述n海水運動：亂流、波動、周期特性潮流與穩(wěn)定的海水運動：亂流、波動、周期特性潮流與穩(wěn)定的“常流常流”綜合作用的結(jié)果綜合作用的結(jié)果這些流動具有不同尺度、速度與周期，且隨風(fēng)、這些流動具有不同尺度、速度與周期，且隨風(fēng)、季節(jié)和年份而變季節(jié)和年份而變強度一般由海表面向深層遞減強度一般由海表面向深層遞減n本章所講海流主要指海水運動空

2、間尺度較大本章所講海流主要指海水運動空間尺度較大(5 km)、時間尺度較長、時間尺度較長(周期超過周期超過12 h)的運動，包括的運動，包括潮流和常流潮流和常流(余流余流)，亂流、波動排除在外，亂流、波動排除在外23不同尺度海洋現(xiàn)象不同尺度海洋現(xiàn)象概述概述潮流：伴隨潮汐漲落現(xiàn)象所做的周期性變化的海潮流：伴隨潮汐漲落現(xiàn)象所做的周期性變化的海水流動水流動由日月引潮力引起，變化周期主要有半日和全日由日月引潮力引起，變化周期主要有半日和全日常流：沿一定路徑、方向基本朝向一個方向的大常流：沿一定路徑、方向基本朝向一個方向的大規(guī)模的海水運動規(guī)模的海水運動運動準(zhǔn)定常，又稱余流運動準(zhǔn)定常，又稱余流風(fēng)的作用、海

3、洋受熱不均勻、地形的影響產(chǎn)生風(fēng)的作用、海洋受熱不均勻、地形的影響產(chǎn)生將一個區(qū)域的海水輸運到另一個區(qū)域，伴隨著能將一個區(qū)域的海水輸運到另一個區(qū)域，伴隨著能量輸運量輸運45概述概述進(jìn)行海流觀測時，要按一定時間間隔持續(xù)觀測一進(jìn)行海流觀測時，要按一定時間間隔持續(xù)觀測一晝夜或多晝夜，所得的結(jié)果是常流和潮流的合成晝夜或多晝夜，所得的結(jié)果是常流和潮流的合成水平方向周期性的流動為潮流，剩余部分為常流水平方向周期性的流動為潮流，剩余部分為常流觀測海流的重要性觀測海流的重要性對漁業(yè)：寒暖流交匯處往往形成良好的漁場對漁業(yè)：寒暖流交匯處往往形成良好的漁場建港中要計算海流對泥沙的搬運建港中要計算海流對泥沙的搬運海上交通

4、中要考慮順流節(jié)約時間海上交通中要考慮順流節(jié)約時間海水的運動規(guī)律對海洋科學(xué)多領(lǐng)域研究：水團的海水的運動規(guī)律對海洋科學(xué)多領(lǐng)域研究：水團的形成、海水內(nèi)部及海氣界面之間熱量的交換等形成、海水內(nèi)部及海氣界面之間熱量的交換等67.1 海流觀測方法海流觀測方法海流觀測包括流速和流向海流觀測包括流速和流向流速流速單位時間內(nèi)海水流動的距離單位時間內(nèi)海水流動的距離單位：單位：m/s或或cm/s流向流向海水流去的方向海水流去的方向單位：度單位：度()7海流觀測層次海流觀測層次參照溫度觀測層次或根據(jù)需要選定參照溫度觀測層次或根據(jù)需要選定海流觀測表層為海流觀測表層為03 m以內(nèi)的水層以內(nèi)的水層由于船體影響使得流速、流向

5、測量不準(zhǔn)由于船體影響使得流速、流向測量不準(zhǔn)海流連續(xù)觀測時間海流連續(xù)觀測時間不少于不少于25 h，至少每小時觀測一次，至少每小時觀測一次預(yù)報潮流的測站，一般應(yīng)不少于預(yù)報潮流的測站，一般應(yīng)不少于3次符合良好天次符合良好天文條件的周日連續(xù)觀測文條件的周日連續(xù)觀測海流輔助觀測項目海流輔助觀測項目風(fēng)速、風(fēng)向等氣象要素風(fēng)速、風(fēng)向等氣象要素海流觀測方法海流觀測方法拉格朗日方法拉格朗日方法(隨流運動隨流運動)、歐拉方法、歐拉方法(定點定點)89拉格朗日方法拉格朗日方法歐拉方法歐拉方法一、浮標(biāo)漂移測流法一、浮標(biāo)漂移測流法根據(jù)自由漂移物隨海水流動的情況來確定海水的根據(jù)自由漂移物隨海水流動的情況來確定海水的流速、流

6、向，主要適用于表層流的觀測流速、流向，主要適用于表層流的觀測船體本身或偶然遇到的漂移物船體本身或偶然遇到的漂移物人工特制浮標(biāo)人工特制浮標(biāo)應(yīng)用雷達(dá)定位、航空攝影、無線電定位等工具測應(yīng)用雷達(dá)定位、航空攝影、無線電定位等工具測定浮標(biāo)的移動情況，取得較為精確的海流資料定浮標(biāo)的移動情況，取得較為精確的海流資料被動測流，空間分布特征不均勻被動測流，空間分布特征不均勻11觀測在拉格朗日坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行觀測在拉格朗日坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行取起始坐標(biāo)和從開始時間起所經(jīng)過的時間取起始坐標(biāo)和從開始時間起所經(jīng)過的時間- 0為獨為獨立變量，流動坐標(biāo)：立變量，流動坐標(biāo)：1200000(,),(,)xx xxx流速為坐標(biāo)對時間的導(dǎo)數(shù)

7、：流速為坐標(biāo)對時間的導(dǎo)數(shù)：0000000( ,)(,),(,)v xx xxxv xd一、浮標(biāo)漂移測流法一、浮標(biāo)漂移測流法1. 漂流瓶測表層流漂流瓶測表層流漂流瓶漂流瓶(又稱郵瓶又稱郵瓶)通常被用來研究海流的大致情通常被用來研究海流的大致情況況根據(jù)漂流瓶的根據(jù)漂流瓶的漂移路徑漂移路徑及及所花時間所花時間，就可以大致，就可以大致地確定流速和流向地確定流速和流向廉價，早期常用的測流方法廉價，早期常用的測流方法13一、浮標(biāo)漂移測流法一、浮標(biāo)漂移測流法2. 雙聯(lián)浮筒測表層流雙聯(lián)浮筒測表層流浮標(biāo)測流常用工具浮標(biāo)測流常用工具船只錨定后或在海上平臺等相船只錨定后或在海上平臺等相對穩(wěn)定的載體上，在船尾放出雙對

8、穩(wěn)定的載體上，在船尾放出雙聯(lián)浮筒，根據(jù)它的移動情況測定聯(lián)浮筒，根據(jù)它的移動情況測定表層流的平均流速和流向表層流的平均流速和流向14一、浮標(biāo)漂移測流法一、浮標(biāo)漂移測流法3. 跟蹤浮標(biāo)法測表層流跟蹤浮標(biāo)法測表層流船體跟蹤船體跟蹤將一個浮體施放于選定海面上，使之自由隨海水流動，將一個浮體施放于選定海面上，使之自由隨海水流動，觀測者乘小船跟隨其后并按特定時間間隔從船上定位觀測者乘小船跟隨其后并按特定時間間隔從船上定位連續(xù)觀測，一般要延續(xù)一個半日潮周期連續(xù)觀測，一般要延續(xù)一個半日潮周期良好天氣狀況下才能進(jìn)行良好天氣狀況下才能進(jìn)行儀器跟蹤儀器跟蹤高科技技術(shù)發(fā)展，新的更準(zhǔn)確、更方便的儀器跟蹤浮高科技技術(shù)發(fā)展

9、，新的更準(zhǔn)確、更方便的儀器跟蹤浮標(biāo)及相應(yīng)觀測方法產(chǎn)生標(biāo)及相應(yīng)觀測方法產(chǎn)生人工特制浮標(biāo)隨海水自由流動，在岸上用雷達(dá)跟蹤人工特制浮標(biāo)隨海水自由流動，在岸上用雷達(dá)跟蹤浮標(biāo)本身可定時發(fā)射無線電訊號浮標(biāo)本身可定時發(fā)射無線電訊號衛(wèi)星衛(wèi)星地面地面航空攝影方法測定浮標(biāo)移動情況航空攝影方法測定浮標(biāo)移動情況15一、浮標(biāo)漂移測流法一、浮標(biāo)漂移測流法4. 中性浮子測流中性浮子測流深海中下層海流觀測困難深海中下層海流觀測困難中性浮子具有可調(diào)節(jié)性，可適用深海海流觀測中性浮子具有可調(diào)節(jié)性，可適用深海海流觀測實測中，首先根據(jù)溫鹽觀測值，確定出待測海流實測中，首先根據(jù)溫鹽觀測值，確定出待測海流層的海水密度層的海水密度按此等效密

10、度調(diào)節(jié)中性浮子，在預(yù)定水層處于重按此等效密度調(diào)節(jié)中性浮子，在預(yù)定水層處于重力和浮力平衡的狀態(tài)，隨海水漂流，觀測船上利力和浮力平衡的狀態(tài)，隨海水漂流，觀測船上利用聲納跟蹤中性浮子，消除船體漂移運動，可測用聲納跟蹤中性浮子，消除船體漂移運動，可測出相應(yīng)水層的流動速度和方向出相應(yīng)水層的流動速度和方向16二、定點觀測海流二、定點觀測海流目前海洋水文觀測中常用方法目前海洋水文觀測中常用方法1. 定點臺架方式測流定點臺架方式測流淺海海流觀測，用固定臺架懸掛儀器，使海流計淺海海流觀測，用固定臺架懸掛儀器，使海流計處于穩(wěn)定狀態(tài)，可長時間連續(xù)觀測處于穩(wěn)定狀態(tài)，可長時間連續(xù)觀測海面臺架海面臺架海上平臺、其它固定臺

11、架海上平臺、其它固定臺架實測時，盡可能避免臺架對流場產(chǎn)生的影響實測時，盡可能避免臺架對流場產(chǎn)生的影響海底臺架海底臺架棱錐形臺架，海流計固定于棱錐形臺架，海流計固定于框架中部適當(dāng)框架中部適當(dāng)位置位置17二、定點觀測海流二、定點觀測海流2. 錨定浮標(biāo)錨定浮標(biāo)以錨定浮標(biāo)或潛標(biāo)為承載工具，懸掛自記式海流以錨定浮標(biāo)或潛標(biāo)為承載工具，懸掛自記式海流計進(jìn)行海流觀測計進(jìn)行海流觀測有的僅用于觀測表層海流，有的可用于同時觀測有的僅用于觀測表層海流，有的可用于同時觀測多層海流多層海流18二、定點觀測海流二、定點觀測海流3. 錨定船測流錨定船測流以船只為承載工具，利用絞車和鋼絲繩懸掛海流以船只為承載工具，利用絞車和鋼

12、絲繩懸掛海流計觀測海流仍是常用的、最主要的測流方式計觀測海流仍是常用的、最主要的測流方式根據(jù)水深確定觀測層次根據(jù)水深確定觀測層次將海流計沉放至預(yù)定水層，測量流速和流向并記將海流計沉放至預(yù)定水層，測量流速和流向并記下觀測時間下觀測時間鋼絲或電纜傾角鋼絲或電纜傾角10時，須作深度的傾角訂正時，須作深度的傾角訂正19三、走航測流三、走航測流船只錨定測流費用高船只錨定測流費用高船只航行的時候同時觀測海流，不僅可以節(jié)省時船只航行的時候同時觀測海流，不僅可以節(jié)省時間，提高效益，而且還可以同時觀測多層海流間，提高效益，而且還可以同時觀測多層海流實現(xiàn)常規(guī)方法很難測流海區(qū)的海流觀測實現(xiàn)常規(guī)方法很難測流海區(qū)的海流

13、觀測走航式海流觀測儀器走航式海流觀測儀器ADCP原理：測出船對海底的絕對運動速度和方向，同原理：測出船對海底的絕對運動速度和方向，同時測出船對海水的相對運動速度和方向，再經(jīng)矢時測出船對海水的相對運動速度和方向，再經(jīng)矢量合成得出海水對海底的運動速度和方向量合成得出海水對海底的運動速度和方向20四、海流連續(xù)觀測的準(zhǔn)確度要求四、海流連續(xù)觀測的準(zhǔn)確度要求流速不大于流速不大于100 cm/s時時水深在水深在200 m以淺海區(qū)，測量準(zhǔn)確度應(yīng)為以淺海區(qū)，測量準(zhǔn)確度應(yīng)為5 cm/s水深在水深在200 m以深海區(qū)，測量準(zhǔn)確度應(yīng)為以深海區(qū)，測量準(zhǔn)確度應(yīng)為3 cm/s流向測量的準(zhǔn)確度均為流向測量的準(zhǔn)確度均為10流速

14、超過流速超過100 cm/s時時水深在水深在200 m以淺海區(qū)，測量準(zhǔn)確度應(yīng)為以淺海區(qū)，測量準(zhǔn)確度應(yīng)為5 %水深在水深在200 m以深海區(qū)，測量準(zhǔn)確度應(yīng)為以深海區(qū)，測量準(zhǔn)確度應(yīng)為3 %流向測量的準(zhǔn)確度均為流向測量的準(zhǔn)確度均為1021五、海流觀測注意事項五、海流觀測注意事項觀測淺層觀測淺層(船吃水深度三倍以內(nèi)的水層船吃水深度三倍以內(nèi)的水層)海流時，應(yīng)海流時，應(yīng)借助小型錨定浮標(biāo)或施放小艇進(jìn)行觀測，以消除船體借助小型錨定浮標(biāo)或施放小艇進(jìn)行觀測，以消除船體的影響的影響利用調(diào)查船為承載工具測淺層以下各層海流時，若利用調(diào)查船為承載工具測淺層以下各層海流時，若使用非自記海流計，待海流計沉放至預(yù)定觀測水層后使

15、用非自記海流計，待海流計沉放至預(yù)定觀測水層后即可進(jìn)行觀測；使用自記海流計，可根據(jù)絞車和鋼絲即可進(jìn)行觀測；使用自記海流計，可根據(jù)絞車和鋼絲繩的負(fù)載，串掛多臺海流計同時觀測多層海流繩的負(fù)載，串掛多臺海流計同時觀測多層海流測流時，必須記錄觀測開始時間和結(jié)束時間測流時，必須記錄觀測開始時間和結(jié)束時間如果用自記海流計懸掛于浮標(biāo)或潛標(biāo)上進(jìn)行海流觀如果用自記海流計懸掛于浮標(biāo)或潛標(biāo)上進(jìn)行海流觀測時，投放與回收浮標(biāo)測時，投放與回收浮標(biāo)(或潛標(biāo)或潛標(biāo))的船只必須具備專用的船只必須具備專用提吊設(shè)備，浮標(biāo)提吊設(shè)備，浮標(biāo)(或潛標(biāo)或潛標(biāo))錨定后記錄觀測開始時間和錨定后記錄觀測開始時間和浮標(biāo)浮標(biāo)(或潛標(biāo)或潛標(biāo))準(zhǔn)確位置準(zhǔn)確

16、位置 22五、海流觀測注意事項五、海流觀測注意事項浮標(biāo)或潛標(biāo)的閃光裝置須切實水密，保證正常連續(xù)浮標(biāo)或潛標(biāo)的閃光裝置須切實水密，保證正常連續(xù)閃光閃光 當(dāng)施放海流計的鋼絲繩或電纜的傾角超過當(dāng)施放海流計的鋼絲繩或電纜的傾角超過1010，應(yīng)，應(yīng)進(jìn)行傾角訂正進(jìn)行傾角訂正以船只為承載工具進(jìn)行海流連續(xù)觀測時，應(yīng)至少每以船只為承載工具進(jìn)行海流連續(xù)觀測時，應(yīng)至少每3 3小時觀測一次船位。如發(fā)現(xiàn)船只嚴(yán)重走錨（超過定位小時觀測一次船位。如發(fā)現(xiàn)船只嚴(yán)重走錨（超過定位準(zhǔn)確度要求），應(yīng)移至原位，重新開始觀測準(zhǔn)確度要求），應(yīng)移至原位，重新開始觀測周日連續(xù)觀測一般不得缺測，凡中斷觀測周日連續(xù)觀測一般不得缺測，凡中斷觀測2 2

17、小時以上小時以上者，最好重新觀測者，最好重新觀測237.2 海流計簡介海流計簡介機械旋漿式海流計機械旋漿式海流計電磁海流計電磁海流計聲學(xué)多普勒海流計聲學(xué)多普勒海流計聲學(xué)多普勒海流剖面儀聲學(xué)多普勒海流剖面儀其它測流儀器其它測流儀器24一、機械旋漿式海流計一、機械旋漿式海流計基本原理：依據(jù)旋漿葉片受水流推動的轉(zhuǎn)數(shù)來確基本原理：依據(jù)旋漿葉片受水流推動的轉(zhuǎn)數(shù)來確定流速，用磁羅經(jīng)確定流向定流速，用磁羅經(jīng)確定流向(必須進(jìn)行磁差校正必須進(jìn)行磁差校正)根據(jù)儀器記錄方式，大致分為根據(jù)儀器記錄方式，大致分為?？寺Ａ饔嫲？寺Ａ饔嬘∷⑿秃Ａ饔嬘∷⑿秃Ａ饔嬚障嘈秃Ａ饔嬚障嘈秃Ａ饔嫶艓в涗浶秃Ａ饔嫶艓в涗浶秃Ａ饔嬤b測

18、型海流計遙測型海流計直讀型海流計直讀型海流計電傳型海流計電傳型海流計251. ?？寺Ａ饔嫲？寺Ａ饔嬋鸬浜Ｑ髮W(xué)家?？寺谌鸬浜Ｑ髮W(xué)家埃克曼于1905年設(shè)計年設(shè)計現(xiàn)已被淘汰，但基本原理仍被沿用現(xiàn)已被淘汰，但基本原理仍被沿用旋漿啟動速度為旋漿啟動速度為3 cm/s測量準(zhǔn)確度測量準(zhǔn)確度流速：流速： 5 cm/s流向：流向： 10 15262. 印刷型海流計印刷型海流計船用或浮標(biāo)用定點自記測流儀器，最大使用深度船用或浮標(biāo)用定點自記測流儀器，最大使用深度6000 m，連續(xù)記錄時間長達(dá)，連續(xù)記錄時間長達(dá)2個月個月273. 照相型海流計照相型海流計船用或浮標(biāo)用定點自記測流儀器船用或浮標(biāo)用定點自記測流儀器用

19、一個大直徑導(dǎo)流葉輪測量流速用一個大直徑導(dǎo)流葉輪測量流速用隨海流方向轉(zhuǎn)動的度盤示數(shù)測定流向用隨海流方向轉(zhuǎn)動的度盤示數(shù)測定流向測量值經(jīng)照相記錄在耐壓殼內(nèi)的膠卷上測量值經(jīng)照相記錄在耐壓殼內(nèi)的膠卷上儀器測量深度為儀器測量深度為150 m，自記工作時間，自記工作時間30天天284. 磁錄式海流計磁錄式海流計浮標(biāo)用定點自記測流儀器，如安德拉海流計浮標(biāo)用定點自記測流儀器，如安德拉海流計將測量數(shù)據(jù)以二進(jìn)制編碼方式記錄在磁帶上將測量數(shù)據(jù)以二進(jìn)制編碼方式記錄在磁帶上最大使用深度：最大使用深度：10006000 m測量流速范圍：測量流速范圍： 3400 cm/s，準(zhǔn)確度：，準(zhǔn)確度： 35 cm/s流向準(zhǔn)確度：流向準(zhǔn)

20、確度： 5295. 遙測型海流計遙測型海流計浮標(biāo)用定點自記測流儀器浮標(biāo)用定點自記測流儀器雙頻道無線電遙測裝置雙頻道無線電遙測裝置流速與流向值根據(jù)自記儀紙帶上記錄脈沖頻率和流速與流向值根據(jù)自記儀紙帶上記錄脈沖頻率和相對位置而進(jìn)行測定相對位置而進(jìn)行測定測量流速范圍：測量流速范圍： 10360 cm/s流速準(zhǔn)確度：流速準(zhǔn)確度： 5 cm/s流向準(zhǔn)確度：流向準(zhǔn)確度： 5306. 直讀式海流計直讀式海流計船用定點測流儀器船用定點測流儀器流速流向測量的電信號均經(jīng)電纜傳遞到顯示器流速流向測量的電信號均經(jīng)電纜傳遞到顯示器測量數(shù)據(jù)直觀、資料整理方便，測量速度快測量數(shù)據(jù)直觀、資料整理方便，測量速度快最大使用深度：

21、最大使用深度：150660 m測量流速范圍：測量流速范圍： 5700 cm/s31二、電磁海流計二、電磁海流計該類儀器是應(yīng)用該類儀器是應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)法拉第電磁感應(yīng)定理，通過測量定理，通過測量海水流過磁場時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢來測定海流海水流過磁場時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢來測定海流32磁場的來源磁場的來源不同不同地磁場電磁地磁場電磁海流計海流計人造磁場電人造磁場電磁海流計磁海流計深海型深海型表層型表層型二、電磁海流計二、電磁海流計地磁場電磁海流計地磁場電磁海流計深海型深海型深海型不適用于表層測流，在水深小于深海型不適用于表層測流，在水深小于100 m的海區(qū)不宜使用的海區(qū)不宜使用表層型表層型表面層型

22、只適用于測表面層的海流表面層型只適用于測表面層的海流優(yōu)點：可以走航自記，水下部件結(jié)構(gòu)簡易、可靠優(yōu)點：可以走航自記，水下部件結(jié)構(gòu)簡易、可靠性高性高缺點：由于它與地球垂直磁場強度有關(guān)，不能在缺點：由于它與地球垂直磁場強度有關(guān)，不能在赤道附近使用，只適用于地磁垂直強度大于赤道附近使用，只適用于地磁垂直強度大于 0.1Am2的海區(qū)。同時，它受船磁的影響也較大的海區(qū)。同時，它受船磁的影響也較大測流范圍在測流范圍在3300 cm/s，流速測量準(zhǔn)確度為，流速測量準(zhǔn)確度為2cm/s，流向測量準(zhǔn)確度為，流向測量準(zhǔn)確度為533二、電磁海流計二、電磁海流計人造磁場電磁海流計人造磁場電磁海流計受深度和緯度的限制不大受

23、深度和緯度的限制不大適于船用或錨定水下測量適于船用或錨定水下測量與直讀式海流計類似，只是水下傳感器不同與直讀式海流計類似，只是水下傳感器不同34優(yōu)點：準(zhǔn)確度高，測量值可靠，體優(yōu)點：準(zhǔn)確度高，測量值可靠，體積小，操作簡便，無活動部件，對積小，操作簡便，無活動部件，對流場影響小流場影響小測量流速范圍測量流速范圍0350 cm/s，準(zhǔn)確，準(zhǔn)確度度1 cm/s或或2滿量程，流向準(zhǔn)滿量程，流向準(zhǔn)確度為確度為 2三、聲學(xué)多普勒海流計三、聲學(xué)多普勒海流計以聲波在流動液體中的多普勒頻移以聲波在流動液體中的多普勒頻移來測流速來測流速優(yōu)點優(yōu)點 聲速可以自動校準(zhǔn)，能連續(xù)記錄，儀器無聲速可以自動校準(zhǔn)，能連續(xù)記錄，儀器

24、無活動部件，無摩擦和滯后現(xiàn)象，測量時感應(yīng)活動部件，無摩擦和滯后現(xiàn)象，測量時感應(yīng)時間快，測量準(zhǔn)確度高，可測弱流等時間快，測量準(zhǔn)確度高，可測弱流等缺點缺點 存在儀器的本身發(fā)射功率、電池壽命和聲存在儀器的本身發(fā)射功率、電池壽命和聲波衰減等問題，因此限制了該類儀器的使用波衰減等問題，因此限制了該類儀器的使用該類儀器的流速準(zhǔn)確度為該類儀器的流速準(zhǔn)確度為2 cm/s，流向準(zhǔn)確度為流向準(zhǔn)確度為5，工作最大深度為，工作最大深度為506000m35四、聲學(xué)多普勒海流剖面儀四、聲學(xué)多普勒海流剖面儀(ADCP)目前觀測多層海流剖面最有效的方法目前觀測多層海流剖面最有效的方法優(yōu)點優(yōu)點 準(zhǔn)確度高、分辨率高、操作方便準(zhǔn)確

25、度高、分辨率高、操作方便嚴(yán)格來說，嚴(yán)格來說，ADCP也屬于聲學(xué)多普勒海流計，但也屬于聲學(xué)多普勒海流計，但其發(fā)聲頻率、功率和接收回聲以及處理的方式有其發(fā)聲頻率、功率和接收回聲以及處理的方式有所不同所不同36四、聲學(xué)多普勒海流剖面儀四、聲學(xué)多普勒海流剖面儀(ADCP)測流原理測流原理測定聲波入射到海水中微顆粒的后向散射在頻率測定聲波入射到海水中微顆粒的后向散射在頻率上的多普勒頻移，得到不同水層水體的運動速度上的多普勒頻移，得到不同水層水體的運動速度37多普勒效應(yīng)：多普勒效應(yīng)：聲源與接收聲源與接收器之間由于相對運動，而器之間由于相對運動，而使接收器接收到的頻率與使接收器接收到的頻率與聲源的固有頻率不

26、一致的聲源的固有頻率不一致的現(xiàn)象，差為現(xiàn)象，差為多普勒頻移多普勒頻移兩者互相接近：兩者互相接近： 接收頻率接收頻率發(fā)射頻率發(fā)射頻率兩者互相遠(yuǎn)離：兩者互相遠(yuǎn)離： 接收頻率接收頻率發(fā)射頻率發(fā)射頻率四、聲學(xué)多普勒海流剖面儀四、聲學(xué)多普勒海流剖面儀(ADCP)測流原理測流原理如果一束超聲波能量射入非均勻液體介質(zhì)時，液如果一束超聲波能量射入非均勻液體介質(zhì)時，液體中的不均勻體把部分能量后向散射回接收器，體中的不均勻體把部分能量后向散射回接收器，接收的頻率與發(fā)射頻率不同，產(chǎn)生多普勒頻移接收的頻率與發(fā)射頻率不同，產(chǎn)生多普勒頻移比例于發(fā)射比例于發(fā)射/接收器和后向散射體的相對運動速度接收器和后向散射體的相對運動速

27、度380coscoscvffcvf：接收頻率：接收頻率 f0：發(fā)射頻率：發(fā)射頻率c：聲波在海水中的傳播速度：聲波在海水中的傳播速度v：散射單元運動速度：散射單元運動速度(海流速度海流速度)：發(fā)射或接收波束與海流方向夾角：發(fā)射或接收波束與海流方向夾角四、聲學(xué)多普勒海流剖面儀四、聲學(xué)多普勒海流剖面儀(ADCP)測流原理測流原理多普勒頻移：多普勒頻移：39002 coscosdvffffcvcosvc02 cosdvffc02cosdcfvf可求得三維流速可求得三維流速4041五、其它測流儀五、其它測流儀光學(xué)式海流計光學(xué)式海流計 激光多普勒技術(shù)激光多普勒技術(shù)電阻式海流計電阻式海流計利用海流對電阻絲的

28、降溫作用來測流利用海流對電阻絲的降溫作用來測流優(yōu)點：可測瞬時流和低速流，測量準(zhǔn)確度高，可遙測優(yōu)點：可測瞬時流和低速流，測量準(zhǔn)確度高，可遙測遮阻渦流海流計遮阻渦流海流計工作原理：圓柱桿置于流場中，必在其后產(chǎn)生海水渦動現(xiàn)工作原理：圓柱桿置于流場中，必在其后產(chǎn)生海水渦動現(xiàn)象，用聲學(xué)方法測出渦流的頻率，并根據(jù)頻率與流速成正象，用聲學(xué)方法測出渦流的頻率，并根據(jù)頻率與流速成正比、與圓柱桿的直徑成反比的關(guān)系得出流速值比、與圓柱桿的直徑成反比的關(guān)系得出流速值427.3 海流觀測的持續(xù)時間選擇海流觀測的持續(xù)時間選擇原因原因現(xiàn)有海流計主要測量潮流和常流現(xiàn)有海流計主要測量潮流和常流要準(zhǔn)確測量，必須抑制干擾這兩種運動

29、的噪聲，要準(zhǔn)確測量，必須抑制干擾這兩種運動的噪聲，即湍流和海浪的影響即湍流和海浪的影響觀測持續(xù)時間長短選擇，實際上就是用何種觀測持續(xù)時間長短選擇，實際上就是用何種“時時間濾波器間濾波器”將噪聲濾掉將噪聲濾掉4344一、流速場的描述一、流速場的描述 海水中各種可能運動的尺度譜很寬，海洋中的運海水中各種可能運動的尺度譜很寬，海洋中的運動可以分成三類：動可以分成三類：規(guī)律性的大尺度運動，可以獨立描述規(guī)律性的大尺度運動，可以獨立描述極其無規(guī)則的小尺度渦旋運動極其無規(guī)則的小尺度渦旋運動(湍流湍流)，必須予以，必須予以統(tǒng)計描述統(tǒng)計描述各類波動各類波動(波浪、潮流波浪、潮流)它們都具有某些周期性，這類運動也

30、可以用獨立它們都具有某些周期性，這類運動也可以用獨立的理論描述的理論描述( , , , )vvv x y z t45海流觀測結(jié)果，要求其脈動累加平均值等于海流觀測結(jié)果，要求其脈動累加平均值等于0要求對一定時間間隔求平均值要求對一定時間間隔求平均值(函數(shù)時間平滑函數(shù)時間平滑)在海洋條件下，函數(shù)時間平滑所得值與所取的時在海洋條件下，函數(shù)時間平滑所得值與所取的時間尺度有關(guān)間尺度有關(guān)由于海洋可表征為各種尺度運動都包括的寬頻譜，由于海洋可表征為各種尺度運動都包括的寬頻譜，所以很難說什么樣的平滑尺度能滿足所以很難說什么樣的平滑尺度能滿足如果平均周期取得不夠大則平均值是不穩(wěn)定的，如果平均周期取得不夠大則平均

31、值是不穩(wěn)定的，每次測量的平均值會有顯著的不同每次測量的平均值會有顯著的不同( , , , )vvv x y z t二、觀測持續(xù)時間長短的選擇二、觀測持續(xù)時間長短的選擇1. 直讀式海流計直讀式海流計流速觀測延續(xù)時間：流速觀測延續(xù)時間：0.5 min、3 min、10 min、15 min流向記錄：瞬時流向記錄：瞬時2. 安德拉海流計安德拉海流計流速觀測延續(xù)時間：流速觀測延續(xù)時間：30 s、3 min、5 min467.4 影響海流觀測誤差分析影響海流觀測誤差分析一、平臺無運動時出現(xiàn)的誤差一、平臺無運動時出現(xiàn)的誤差接近海面的流動由于平臺的影響而改變接近海面的流動由于平臺的影響而改變平臺上的鋼鐵裝置

32、導(dǎo)致儀器上的磁羅經(jīng)偏移平臺上的鋼鐵裝置導(dǎo)致儀器上的磁羅經(jīng)偏移長吊纜的彈性使儀器的反應(yīng)失真長吊纜的彈性使儀器的反應(yīng)失真儀器無指示深度的元件，由于鋼絲傾斜導(dǎo)致深度儀器無指示深度的元件，由于鋼絲傾斜導(dǎo)致深度失真失真47二、平臺緩慢移動所產(chǎn)生的誤差二、平臺緩慢移動所產(chǎn)生的誤差測量平臺的緩慢移動的作用測量平臺的緩慢移動的作用以平臺為中心的擺動以平臺為中心的擺動以錨為中心的擺動以錨為中心的擺動三、平臺的快速運動波浪場的影響三、平臺的快速運動波浪場的影響呈現(xiàn)在儀器上的短暫的快速水平運動都是直接或呈現(xiàn)在儀器上的短暫的快速水平運動都是直接或間接由波浪使平臺動蕩以及海水的亂流所致間接由波浪使平臺動蕩以及海水的亂流

33、所致在風(fēng)浪作用下，對海流計的影響近似認(rèn)為附加上在風(fēng)浪作用下，對海流計的影響近似認(rèn)為附加上下垂直運動和水平往復(fù)運動下垂直運動和水平往復(fù)運動487.5 直讀式海流計使用方法直讀式海流計使用方法一、儀器結(jié)構(gòu)一、儀器結(jié)構(gòu)儀器由水下探測器、水上數(shù)據(jù)終端及電纜等組成儀器由水下探測器、水上數(shù)據(jù)終端及電纜等組成49水下探測器水下探測器由旋漿、導(dǎo)流罩、流速發(fā)訊器、接收器、吊架、由旋漿、導(dǎo)流罩、流速發(fā)訊器、接收器、吊架、尾翼及插座等組成尾翼及插座等組成數(shù)據(jù)終端數(shù)據(jù)終端采用單片微機系統(tǒng)，可液晶顯示，也可打印輸出采用單片微機系統(tǒng)，可液晶顯示，也可打印輸出50二、工作原理二、工作原理水下探測器和微機系統(tǒng)由一組水下探測器

34、和微機系統(tǒng)由一組6V直流電源供電直流電源供電水下探測器工作狀態(tài)由微機系統(tǒng)通過三芯電纜控水下探測器工作狀態(tài)由微機系統(tǒng)通過三芯電纜控制，流速流向傳感器采集的信號經(jīng)制，流速流向傳感器采集的信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后，通轉(zhuǎn)換后，通過電纜輸送至微機系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后直接過電纜輸送至微機系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后直接顯示或送至打印機顯示或送至打印機當(dāng)工作電壓低于當(dāng)工作電壓低于4.5V時，液晶顯示器顯示低壓標(biāo)時，液晶顯示器顯示低壓標(biāo)志，此時須更換電池志，此時須更換電池51三、儀器操作方法三、儀器操作方法船到站后，利用繩索和支架等將水下探測器下放船到站后，利用繩索和支架等將水下探測器下放至預(yù)定深度，并加以固定至預(yù)定深度，并加以固定進(jìn)入進(jìn)入30s快速測量打印模式快速測量打印模式打印開關(guān)打印開關(guān)(DUMP)應(yīng)置